第5章-物质的跨膜运输
协助扩散（facilitated diffusion）
（一）简单扩散(simple diffusion)
1.概念：又称为自由扩散（free diffusion），是疏水小分子 或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参 与的跨膜运输方式。
2.特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提 供能量；③没有膜蛋白的协助。
第一节 物质的跨膜运输
被动运输（passive transport） 主动运输（active transport） 胞吞作用（endocytosis）
胞吐作用（exocytosis）
知识要点
• 1．掌握细胞内外物质跨膜运输的几种途径。 • 2．掌握被动运输、主动运输的概念、过程
及特点。 • 3．掌握钠—钾泵、钙泵工作的原理、过程、
某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在水和油中的分配 系数（K）及扩散系数（D）来计算：P=KD/t（t为膜的厚度）
简单扩散—被动扩散
！顺浓度梯度 ！不需要能量 ！不需要蛋白
不同分子对人工磷脂双层的通透性
不同物质透过人工脂双层的能力
(小的非极性分子) 游离的无机离子
疏水分子 (大的非极性分子)
极性(带电性)通道的形成 (a) 由单亚基膜蛋白形成的通道;(b)由多亚基蛋白形成的通道。
❖Most of the channel proteins are ion channels, including three types, with ion channels that they can be opened and closed
• 重要的营养物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等 ,溶液中带电离子
• 主动运输
物质跨膜运输的四种基本机制
一、被动运输
概念：被动运输（passive transport）是指通过简单 扩散或协助扩散实现物质由高浓度到低浓度或顺电化 学梯度方向的跨膜转运。 特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋 白。 类型：简单扩散（simple diffusion）
1. 载体蛋白（carrier protein）及其功能
载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍 存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结 合，通过构象改变介导溶质的主动和被动跨膜运输。
葡萄糖可通过载体蛋白进行促进扩散。运输葡萄糖 的载体蛋白主要是通过构型的变化进行葡萄糖的运输 。
Two classes of membrane transport proteins
❖Carrier proteins are responsible for both the passive and the active transport.
❖Channel proteins are only responsible for passive transport.
扩散和渗透的区别
（二）协助扩散(facilitated diffusion)
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白 协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。
特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率； ③有膜转运 蛋白参与，有特异性。
膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。 分为载体蛋白（carrier protein.可介导被动和主动运输）和 通道蛋白（channel protein.只介导被动运输）。
红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图
❖Carrier proteins bind one or more solute molecules on one side of the membrane and then undergo a conformational change that transfer the solute to the other side of the membrane.
特点。 • 4．了解胞饮作用、吞噬作用、受体介导的
胞吞作用的概念及特点。
细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外 物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。
物质的跨膜运输
物质的跨膜运输
一、概述
物质跨膜运输的基本方式
• 被动运输
简单扩散＋易化扩散
• 非极性的小分子如O2、CO2、N2,不带电荷的极性小分子，如水、尿素、甘油 等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物质跨膜运输的四种基本机制
促进扩散与简单扩散的动力学比较
膜转运蛋白
！！两类：载体蛋白（carrier proteins）＋
通道蛋白（channel proteins） ！！载体蛋白（carrier proteins），它 既可
介导被动运输，又可介导逆浓度或电化学梯 度的主动运输； ！！称通道蛋白（channel proteins），只能 介 导顺浓度或电化学梯度的被动运输。
载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输假想模型
可动离子载体
缬氨霉素介导的离子运载的作用机制
缬氨霉素的分子结构
通道离子载体 ：这种通道并不稳定，不断形成和解体，其运输效率
远高于可动离子载体
短杆菌肽A离子载体作用机制—通道形成离子载体（H+、Na+、K+ ）
载体蛋白和酶的异同点：
相同点：①特异性，有特异的结合位点； ②有饱和动力曲线； ③受抑制剂的影响。
不同点：①可改变过程的平衡点； ②不对溶质分子作任何共价修饰。
2.通道蛋白（channel protein）
(1)概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通 道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为 离子通道。
(2)特征： ① 具有离子选择性(对离子的大小和电荷有高度选择性)； ② 离子通道是门控的(其活性由通道开或关两种构象调节)。
(3)类型：电压门通道（voltage-gated channel） 配体门通道（ligand-gated channel） 压力激活通道（stress-activated channel）
通道蛋白是一类横跨质膜，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重 排，形成水性通道， 允许适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性， 所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通道蛋白参与的只是被动 运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量
（一）简单扩散(simple diffusion)
1.概念：又称为自由扩散（free diffusion），是疏水小分子 或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参 与的跨膜运输方式。
2.特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提 供能量；③没有膜蛋白的协助。
第一节 物质的跨膜运输
被动运输（passive transport） 主动运输（active transport） 胞吞作用（endocytosis）
胞吐作用（exocytosis）
知识要点
• 1．掌握细胞内外物质跨膜运输的几种途径。 • 2．掌握被动运输、主动运输的概念、过程
及特点。 • 3．掌握钠—钾泵、钙泵工作的原理、过程、
某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在水和油中的分配 系数（K）及扩散系数（D）来计算：P=KD/t（t为膜的厚度）
简单扩散—被动扩散
！顺浓度梯度 ！不需要能量 ！不需要蛋白
不同分子对人工磷脂双层的通透性
不同物质透过人工脂双层的能力
(小的非极性分子) 游离的无机离子
疏水分子 (大的非极性分子)
极性(带电性)通道的形成 (a) 由单亚基膜蛋白形成的通道;(b)由多亚基蛋白形成的通道。
❖Most of the channel proteins are ion channels, including three types, with ion channels that they can be opened and closed
• 重要的营养物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等 ,溶液中带电离子
• 主动运输
物质跨膜运输的四种基本机制
一、被动运输
概念：被动运输（passive transport）是指通过简单 扩散或协助扩散实现物质由高浓度到低浓度或顺电化 学梯度方向的跨膜转运。 特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋 白。 类型：简单扩散（simple diffusion）
1. 载体蛋白（carrier protein）及其功能
载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍 存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结 合，通过构象改变介导溶质的主动和被动跨膜运输。
葡萄糖可通过载体蛋白进行促进扩散。运输葡萄糖 的载体蛋白主要是通过构型的变化进行葡萄糖的运输 。
Two classes of membrane transport proteins
❖Carrier proteins are responsible for both the passive and the active transport.
❖Channel proteins are only responsible for passive transport.
扩散和渗透的区别
（二）协助扩散(facilitated diffusion)
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白 协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。
特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率； ③有膜转运 蛋白参与，有特异性。
膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。 分为载体蛋白（carrier protein.可介导被动和主动运输）和 通道蛋白（channel protein.只介导被动运输）。
红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图
❖Carrier proteins bind one or more solute molecules on one side of the membrane and then undergo a conformational change that transfer the solute to the other side of the membrane.
特点。 • 4．了解胞饮作用、吞噬作用、受体介导的
胞吞作用的概念及特点。
细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外 物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。
物质的跨膜运输
物质的跨膜运输
一、概述
物质跨膜运输的基本方式
• 被动运输
简单扩散＋易化扩散
• 非极性的小分子如O2、CO2、N2,不带电荷的极性小分子，如水、尿素、甘油 等
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
物质跨膜运输的四种基本机制
促进扩散与简单扩散的动力学比较
膜转运蛋白
！！两类：载体蛋白（carrier proteins）＋
通道蛋白（channel proteins） ！！载体蛋白（carrier proteins），它 既可
介导被动运输，又可介导逆浓度或电化学梯 度的主动运输； ！！称通道蛋白（channel proteins），只能 介 导顺浓度或电化学梯度的被动运输。
载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输假想模型
可动离子载体
缬氨霉素介导的离子运载的作用机制
缬氨霉素的分子结构
通道离子载体 ：这种通道并不稳定，不断形成和解体，其运输效率
远高于可动离子载体
短杆菌肽A离子载体作用机制—通道形成离子载体（H+、Na+、K+ ）
载体蛋白和酶的异同点：
相同点：①特异性，有特异的结合位点； ②有饱和动力曲线； ③受抑制剂的影响。
不同点：①可改变过程的平衡点； ②不对溶质分子作任何共价修饰。
2.通道蛋白（channel protein）
(1)概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通 道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为 离子通道。
(2)特征： ① 具有离子选择性(对离子的大小和电荷有高度选择性)； ② 离子通道是门控的(其活性由通道开或关两种构象调节)。
(3)类型：电压门通道（voltage-gated channel） 配体门通道（ligand-gated channel） 压力激活通道（stress-activated channel）
通道蛋白是一类横跨质膜，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重 排，形成水性通道， 允许适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性， 所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通道蛋白参与的只是被动 运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量
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第五章 物质的跨膜运输习题及答案
细胞生物学章节习题-第五章一、选择题1、物质进入细胞的过程，需消耗能量，但不需要载体的一项是（C ）。
A. 根吸收矿质元素离子B. 红细胞保钾排钠C. 腺细胞分泌的酶排出细胞D. 小肠对Ca、P的吸收2、母鼠抗体从血液上皮细胞进入母乳，或者乳鼠的肠上皮细胞将抗体摄入体内，都涉及将胞吞和胞吐作用相结合。
这种跨膜转运方式称为（B ）。
A. 吞噬作用B. 跨细胞转运C. 协同转运D. 胞吞作用3、既能执行主动运输，又能执行被动运输的膜转运蛋白是（A ）。
A. 载体蛋白B. 通道蛋白C. 孔蛋白D. ABC转运蛋白4、动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物的吸收依靠（B ）。
A. 受体介导的胞吞作用B. Na+-K+泵工作行程的Na+电化学梯度驱动C. Na+-K+泵工作行程的K+电化学梯度驱动D. H+-ATPase行程的H+电化学梯度驱动5、有关动物细胞胞内体膜或溶酶体膜上的V型质子泵的描述，错误的是（B）。
A. V型质子泵利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+电化学梯度将H+泵入细胞器B. V型质子泵利用ATP水解供能从细胞器中逆H+电化学梯度将H+泵入细胞质基质C. V型质子泵可以维持细胞质基质pH中性D. V型质子泵有利于维持胞内体或溶酶体的pH酸性6、流感病毒进入细胞的方式为（C ）。
A. 吞噬作用B. 胞膜窖蛋白依赖的胞吞作用C.网格蛋白依赖的胞吞作用D. 大型胞饮作用7、表皮生长因子及其受体通过胞吞作用进入细胞后（D）。
A. 将通过夸细胞转运到细胞的另一侧发挥作用B. 受体返回质膜，而表皮生长因子进入溶酶体降解C. 表皮生长因子被活化，刺激细胞生长D. 进入溶酶体被降解，从而导致细胞信号转导活性下降8、一种带电荷的小分子物质，其胞外浓度比细胞内浓度高。
那么，该物质进入细胞的可能方式为（A ）。
A. 被动运输B. 简单扩散C. 主动运输D.以上都错9、对P型泵描述正确的是（D ）。
A. 位于液泡膜上B. 位于线粒体和叶绿体上C. 其ATP结合位点位于质膜外侧D. 水解ATP使自身形成磷酸化的中间体二、填空题1、质膜中参与物质运输的P型泵在物质运输中有两个特点：其一是水解ATP 功能，其二是磷酸化和去磷酸化作用。
细胞生物学-物质的跨膜运输(翟中和第四版)-含注释!!!
动物、植物细胞主动运输比较
三、ABC 超家族
• ABC 超家族也是一 类ATP 驱动泵 • 广泛分布于从细菌 到人类各种生物中， 是最大的一类转运 蛋白 • 通过ATP 分子的结 合与水解完成小分 子物质的跨膜转运
（一）ABC转运蛋白的结构与工作模式
• 4 个“核心”结构域
– 2 个跨膜结构域，分别含6 个跨
H+/K+ ATPase Control of acid secretion in the stomach
二、V 型质子泵和 F 型质子泵
• V 型质子泵广泛存在 于动物细胞的胞内体 膜、溶酶体膜，破骨 细胞和某些肾小管细 胞的质膜，以及植物、 酵母及其他真菌细胞 的液泡膜上 （V 为 vesicle） • 转运 H+ 过程中不形成 磷酸化的中间体
导兴奋）
B. 配体门通道（胞外配体）
（突触后膜接收乙酰胆碱的
受体）
C. 配体门通道（胞内配体）
D. 应力激活通道（内耳的 听毛细胞）
含羞草“害羞”的机制
• 估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的 15~30%，细 胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/3。
• 两类主要转运蛋白：
P型泵的主要特点:都是跨膜蛋白，并且是由一条多肽完成 所有与运输有关的功能，包括ATP的水解、磷酸化和离子 的跨膜运输。
Na+-K+ATP酶的分子结构：
α β 两种亚基组成的二聚体。
α 亚基具有ATP酶的活性；
β 亚基是具有组织特异性的糖蛋白。
（一）Na+-K+ 泵（Na+-K+ ATPase）
Figure 11-14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输
离子流，产生电信号。 编辑ppt
离子通道的三种类型
编辑ppt
电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
编辑ppt
应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
编辑ppt
第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
编辑ppt
第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
离子通道的三种类型
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电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
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应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
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❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
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第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
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水分子 通过水孔蛋白
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第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
第五章 物质的跨膜运输习题及答案
细胞生物学章节习题-第五章一、选择题1、物质进入细胞的过程，需消耗能量，但不需要载体的一项是（C ）。
A. 根吸收矿质元素离子B. 红细胞保钾排钠C. 腺细胞分泌的酶排出细胞D. 小肠对Ca、P的吸收2、母鼠抗体从血液上皮细胞进入母乳，或者乳鼠的肠上皮细胞将抗体摄入体内，都涉及将胞吞和胞吐作用相结合。
这种跨膜转运方式称为（B ）。
A. 吞噬作用B. 跨细胞转运C. 协同转运D. 胞吞作用3、既能执行主动运输，又能执行被动运输的膜转运蛋白是（A ）。
A. 载体蛋白B. 通道蛋白C. 孔蛋白D. ABC转运蛋白4、动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物的吸收依靠（B ）。
A. 受体介导的胞吞作用B. Na+-K+泵工作行程的Na+电化学梯度驱动C. Na+-K+泵工作行程的K+电化学梯度驱动D. H+-ATPase行程的H+电化学梯度驱动5、有关动物细胞胞内体膜或溶酶体膜上的V型质子泵的描述，错误的是（B）。
A. V型质子泵利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+电化学梯度将H+泵入细胞器B. V型质子泵利用ATP水解供能从细胞器中逆H+电化学梯度将H+泵入细胞质基质C. V型质子泵可以维持细胞质基质pH中性D. V型质子泵有利于维持胞内体或溶酶体的pH酸性6、流感病毒进入细胞的方式为（C ）。
A. 吞噬作用B. 胞膜窖蛋白依赖的胞吞作用C.网格蛋白依赖的胞吞作用D. 大型胞饮作用7、表皮生长因子及其受体通过胞吞作用进入细胞后（D）。
A. 将通过夸细胞转运到细胞的另一侧发挥作用B. 受体返回质膜，而表皮生长因子进入溶酶体降解C. 表皮生长因子被活化，刺激细胞生长D. 进入溶酶体被降解，从而导致细胞信号转导活性下降8、一种带电荷的小分子物质，其胞外浓度比细胞内浓度高。
那么，该物质进入细胞的可能方式为（A ）。
A. 被动运输B. 简单扩散C. 主动运输D.以上都错9、对P型泵描述正确的是（D ）。
A. 位于液泡膜上B. 位于线粒体和叶绿体上C. 其ATP结合位点位于质膜外侧D. 水解ATP使自身形成磷酸化的中间体二、填空题1、质膜中参与物质运输的P型泵在物质运输中有两个特点：其一是水解ATP 功能，其二是磷酸化和去磷酸化作用。
第5章物质的跨膜运输
Three types of ion channels
Voltage-gated channel
Ligand-gated channel——AChR
Stress-activated channels
How stress activated ion channel allow us to hear
• Slow rate • The nature of saturation kinetics
Carrier and its function
• 不同部位的生物膜往往含有各自功能相关的不同 载体蛋白
(2) Channel and its function
离子通道
水孔蛋白
孔蛋白 2-3nm
•Three types of channel proteins : ion channel, porin and aquaporin •Most channel proteins are ion channels
for the solutes depends on their size and the polarity .
1.3 Passive transport
• Facilitated diffusion • Move the solutes down
the concentration gradient.or the electrochemical gradient • Need membrane transport proteins – Carriers mediated – Channels mediated
• Transport big molecules and particles across membrane
第五章-跨膜转运PPT课件
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖 的吸收伴随着Na+的进入。载体蛋白有两个结合位点，同 时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合，进行同向转 运。
2、反向协同（antiport）
物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。如动物细胞 分裂时，常通过Na+/H+反向协同运输的方式来向细胞外转 运H+，以调高细胞内的PH值。
6. 2K+释放到细胞内， α亚基
4. 3Na+释放到细胞外 5. 2K+结合；去磷酸化 构象恢复原始状态。
每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+， 转进两个K+。 是一种基本的、典型的主动 运输方式。
Na+-K+泵的作用： ①维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息电位。
➢分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊 泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出。
➢所有真核细胞，连续分泌过程 ➢转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡 →细胞表面
（二）钙泵（Ca2+ pump ）
又称Ca2+-ATP酶。
构成：1个多肽构成的整合膜蛋白，每个泵 单位含有10个跨膜α螺旋。
分布：
❖ 细胞质膜和内质网膜上。 ❖ 肌细胞的肌质网膜上。
工 作 原 理 ：
3. 构象改变，破坏Ca2+结 4. 去磷酸化
1. 2Ca2+与位点结合 2. ATP水解；磷酸化
第三节 胞吞作用（endocytosis） 与胞吐作用（exocytosis）
大分子与颗粒性物质的跨膜运输 膜泡运输:转运过程中，物质包裹在囊泡中。 批量运输：同时转运一种或多种数量不等的
第5章_物质的跨膜运输
动物细胞 中常常利 用膜两侧 Na+浓度梯 度来驱动 。
植物细胞和细菌 常利用H+浓度 梯度来驱动。
1. 同向协同（symport）
定义： 物质运输方向与离子转移方向相同 例：小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。 某些细菌对乳糖的吸收伴随着H+的进入。
2转移方向相反
光能驱动（light drive） 由 ATP 直接提供能量的主动运 输、初级主动运输（ primary active transport ） 、 ATP 泵 （ATP-drive pump）
对比
比较三种物质运输方式的异同：
项 目 运输方向 是否需要载 体蛋白 是否消耗细 胞内的能量 代表例子 自由扩散 协助扩散 主动运输 逆浓度梯度 需要 需要消耗
载体蛋白（carrier proteins）：通透酶 （permease）；介 导被动运输与主动 运输；特异性，具 有酶的饱和动力学 特征；构象变化
通道蛋白（ channel proteins ） ： 介 导 被动运输；非特异 性，其选择性在于 溶质足够小和所带 电荷合适；转运速 率极高，接近自由 扩散的理论值；无 饱和性；门控性
通过细胞质膜运出细胞的过程
胞吞作用
胞吞泡
•胞饮泡 •吞噬泡
胞饮作用（pinocytosis）： 胞吞物若为溶液，形成 的囊泡较小，称为胞饮 作用。胞饮作用形成的 胞吞泡称胞饮泡（）
吞噬作用（ phagocytosis）： 胞吞物若为大的颗 粒性物质（如微生 物＆细胞碎片）， 形成的囊泡较大， 称为吞噬作用。吞 噬作用形成的胞吞 泡称吞噬泡（）
4
Ca2+-ATPase结构特点
钙泵功能
（1）红血球的细胞内外Ca2+的浓度梯度很大，可以 认为这是由存在于膜上的Ca2+依赖性ATP酶所引 起的Ca2+的主动排出； （2）肌浆网是靠膜上的Mg2+、 Ca2+ATP酶来进行 Ca2+的主动运输的； （3）线粒体膜依靠电子传递能，以1∶1之比摄取 Ca2+和磷酸； （4）小肠粘膜上皮细胞从食物中摄取Ca2+，此时维 生素D是必需因子。所有这些都可称作钙泵。
第五章物质跨膜运输
高浓度
通道蛋白
低浓度
LDL颗粒
LDL受体
有被小窝
有被小泡 无被小泡 去被 胞内体部分
胞内体
融 合
融 合
吞 噬 溶 酶 体 初级溶酶体
受体与大分子颗粒分开
胞内体部分
低密度脂蛋白
（low-density lipoproteins,LDL ):是胆固醇在肝 细胞合成后与磷 脂和蛋白质形成 的复合物,进入血 液，通过与细胞 表面的LDL受体 结合形成受体LDL复合物，通 过网络蛋白有被 小泡的内化作用 进入细胞，经脱 被与胞内体融合。
第一节
生物膜与物质的跨膜运输
一、脂双层分子的透性与膜转运蛋白
二、被动运输与主动运输
一、脂双层分子的透性与膜转运蛋白
膜脂的透性 膜转运蛋白：
载体蛋白（carrier proteins）——与特定的溶质分子 结合 （运输的溶质与载体有互补结合的结构域）；具通透酶 （permease）性质:P102； 介导被动运输与主动运输 通道蛋白（channel proteins）——一般不与溶质
分子结合。只有大小和电荷适宜的离子或颗粒才能
通过，只介导被动运输
通道蛋白（channel proteins）
一类为非选择性，例如：线粒体外膜上的孔 蛋白； 一类具有离子选择性，例如：离子通道
三个特征：转运速率高、没有饱和值、受门控开关
离子通道类型：电压门通道（voltage-gated channel）
第二节 离子泵和协同运输
一、离子泵 二、协同运输 三、离子跨膜转运与膜电位 P115-117
复习思考题
• 细胞可以利用质膜两侧的离子浓度梯度来驱动物质的主动运输, 这种方式称为________作用. • Na+-K+泵的能量来源是____，植物细胞中协同运输时能量的 直接来源是____。 • 母鼠抗体从血液通过上皮细胞进入母乳，再经乳鼠的肠上皮细 胞被摄入体内 ，这种将内吞作用与外排作用相结合的跨膜转 运方式称为______运输。 • 存在于质膜上的质子泵称为_________________型质子泵， 存在于溶酶体膜和植物液泡膜上的质子泵称为 _______________型质子泵 • 细胞对Ca2+的运输有四种方式：____；____；____；____。 • 钙泵的主要作用是 A、降低细胞质C a2+的浓度; B、提高胞质中C a2+浓度 C、降低内质网中C a2+ 的浓度;D、降低线粒体中C a2+浓度
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输与信号传递
钙泵和质子泵
钙泵：动物细胞质膜及内质网膜，1000 Aa组成的 跨膜蛋白，与Na+-K+ 泵的亚基同源，每一泵单位 约10个跨膜螺旋，与胞内钙调蛋白结合调节其活 性
质子泵
P型质子泵：真核细胞膜 V型质子泵：溶酶体膜和液泡膜 H+-ATP酶：顺浓度梯度，线粒体内膜，类囊体膜和细菌
质膜
在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较
调节型胞吐途径：蛋白分选由高尔基体反面 管网区受体类蛋白决定
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第二节 细胞通信与信号传递
细胞通讯与信号传递 通过细胞内受体介导的信号传递 通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 由细胞表面整联蛋白介导的信号传递 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合
信息
一、细胞通讯与信号传递
道
主动运输(active transport)
●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 ●类型：
由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵 钙泵 质子泵
协同运输(cotransport) 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用
物质的跨膜转运与膜电位
钠钾泵(Na+-K+ pump)
动物细胞 1/3-2/3能量用于细胞内外Na+-K+ 浓度 和二亚基组成， 亚基120kD， 亚基50kD 亚基Asp磷酸化与去磷酸化 1ATP转运3 Na+和2K+ 抑制剂：乌本苷 促进：Mg2+和膜脂 作用：保持渗透平衡
载体蛋白(carrier proteins)及其功能
与特定溶质分子结合，通过一系列构象变化 介导溶质分子的跨膜转运
通透酶，但改变平衡点，加速物质沿自由能 减少方向跨膜运动的速率
第五章 物质的跨膜运输——翟中和细胞生物学
3.光驱动泵
光驱动泵主要在细菌细胞中发现，对溶质的主动运输 与光能的输入相耦联。
协同转运
概念
由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠
间接消耗ATP所完成的主动运输方式。
类型与机制
根据物质运输方向与离子顺电化学梯度的转移方向的关系，协同转 运又可分为：
同向转运:物质运输方向与离子转移方向相同（图示）
膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
静息电位的产生
静息电位主要是由质膜上相对稳定的离子跨膜运输或 离子流形成的。
过程： Na+—K+泵的工作使细胞内外的Na+和K+浓度远离平 衡态分布，胞内高浓度的K+是细胞内有机分子所带负电 荷的主要平衡者。处于静息状态的动物细胞，质膜上许 多非门控的K+渗漏通道通常是开放的，而其他离子通道 却很少开放。所以静息膜允许K+通过开放的渗漏通道顺 电化学梯度流向胞外。随着正电荷转移到胞外而留下胞 内非平衡负电荷，结果是膜外阳离子过量和膜内阴离子 过量，从而产生外正内负的静息膜电位。
即使在很高的离子浓度下它们通过的离子量依然没 有最大值。
是非连续性开放 , 而是门控的，即离子通道的活性由 通道开或关两种构象调节。 通道打开时，同时结合膜两侧的离子 .
电压门通道
带电荷的蛋白结构域会随 跨膜电位梯度的改
细胞内外的某些小分子配 体与通道蛋白结合继而引 起通道蛋白构象的改变。
β α
ATP催化位点
Fig. Na+-K+泵的结构与工作模式示意图
1. 由ATP直接提供能量的主动运输——钙泵和质子泵
Ca2+泵：是由1000个氨基酸残基组成的多肽构成的跨膜蛋白。